Która woda zamarza szybciej, gorąca lubzimno, wpływa wiele czynników, ale samo pytanie wydaje się trochę dziwne. Sugeruje się i jest to znane z fizyki, że gorąca woda nadal potrzebuje czasu, aby ostygnąć do temperatury porównywalnej zimnej wody, aby zamienić się w lód. W zimnej wodzie ten etap można pominąć, a zatem wygrywa z czasem.
Nauczyciel fizyki, do którego w 1963 roku zwrócił się uczeń Erasto Mpemba z prośbą o wyjaśnienie, dlaczego zimna mieszanka przyszłych lodów zamarza dłużej niż podobna, ale gorąca, pomyślał to samo.
„To nie jest fizyka świata, ale jakiś rodzaj fizyki Mpemba”
W tym czasie nauczyciel tylko się z tego śmiał, aleDeniss Osborne, profesor fizyki, który kiedyś jeździł do tej samej szkoły, w której studiował Erasto, eksperymentalnie potwierdził istnienie takiego efektu, chociaż nie było wówczas wytłumaczenia. W 1969 roku czasopismo popularnonaukowe opublikowało wspólny artykuł tych dwóch osób, które opisały ten osobliwy efekt.
Pytanie pojawiło się przez długi czas
Oczywiście, zanim takie zjawisko miało miejscemiejsce, w którym miał być, i był wspominany w pracach innych naukowców. Zagadnieniem tym interesował się nie tylko uczeń, ale myśleli o tym w swoim czasie Francis Bacon, Rene Descartes, a nawet Arystoteles.
Warunki do wystąpienia paradoksu
Jak w przypadku lodów, nie tylko zwykływoda zamarza podczas eksperymentu. Aby można było zacząć spierać się, która woda zamarza szybciej - zimna czy gorąca, muszą zaistnieć pewne warunki. Co wpływa na przebieg tego procesu?
Teraz, w XXI wieku, zaproponowano kilka opcji,co może wyjaśnić ten paradoks. To, która woda zamarza szybciej, gorąca lub zimna, może zależeć od tego, że gorąca woda ma szybsze tempo parowania niż zimna woda. W ten sposób jego objętość maleje, a wraz ze spadkiem objętości czas zamrażania staje się krótszy, niż gdybyśmy wzięli podobną początkową objętość zimnej wody.
Rozmrażaj zamrażarkę przez długi czas
Która woda zamarza szybciej i dlaczegowystępuje, może być pod wpływem warstwy śniegu, która może mieć miejsce w zamrażarce lodówki używanej do eksperymentu. Jeśli weźmiesz dwa pojemniki o identycznej objętości, ale jeden z nich zawiera gorącą wodę, a drugi zimną wodę, pojemnik z gorącą wodą stopi śnieg pod nim, poprawiając w ten sposób kontakt poziomu termicznego ze ścianą lodówka. Pojemnik na zimną wodę nie może tego zrobić. Jeśli w komorze lodówki nie ma takiej podszewki ze śniegiem, zimna woda powinna szybciej zamarzać.
Góra dół
Również zjawisko szybszego zamarzania wody- na gorąco lub na zimno, wyjaśniono w następujący sposób. Kierując się określonymi prawami, zimna woda zaczyna zamarzać z górnych warstw, gdy gorąca robi to odwrotnie - zaczyna zamarzać od dołu do góry. Jednocześnie okazuje się, że zimna woda, mająca na wierzchu zimną warstwę z lodem już utworzonym miejscami, pogarsza tym samym procesy konwekcji i promieniowania cieplnego, wyjaśniając tym samym, która woda szybciej zamarza - zimna czy gorąca. W załączeniu zdjęcie z eksperymentów amatorskich, które jest tutaj dobrze widoczne.
Ciepło wychodzi, kierując się w górę i tamspotyka się z bardzo schłodzoną warstwą. Nie ma wolnej drogi dla promieniowania cieplnego, więc proces chłodzenia staje się trudny. Gorąca woda nie ma absolutnie żadnych takich przeszkód na swojej drodze. Który zamarza szybciej - zimny lub gorący, od którego zależy prawdopodobny wynik, możesz rozszerzyć odpowiedź o fakt, że każda woda ma rozpuszczone w niej pewne substancje.
Zanieczyszczenia w wodzie jako czynnik wpływający na wynik
Jeśli nie oszukujesz i nie używasz wody zprzy tym samym składzie, w którym stężenia niektórych substancji są identyczne, zimna woda powinna szybciej zamarzać. Ale jeśli dojdzie do sytuacji, w której rozpuszczone pierwiastki chemiczne są dostępne tylko w gorącej wodzie, a zimna woda ich nie ma, to istnieje możliwość wcześniejszego zamarznięcia gorącej wody. Wyjaśnia to fakt, że substancje rozpuszczone w wodzie tworzą centra krystalizacji, a przy niewielkiej liczbie tych centrów przekształcenie wody w stan stały jest trudne. Możliwe jest nawet przechłodzenie wody, w tym sensie, że w temperaturach poniżej zera będzie ona w stanie ciekłym.
Ale wszystkie te wersje najwyraźniej nie do końca pasowały do naukowców i nadal pracowali nad tym problemem. W 2013 roku zespół naukowców z Singapuru powiedział, że rozwiązali odwieczną zagadkę.
Wskazówka od chińskich naukowców
Po tym następuje informacja, której zrozumieniekonieczne jest posiadanie wiedzy chemicznej, aby dowiedzieć się, która woda zamarza szybciej - gorąca czy zimna. Jak wiesz, cząsteczka wody składa się z dwóch atomów H (wodoru) i jednego atomu O (tlenu) połączonych wiązaniami kowalencyjnymi.
Ale także atomy wodoru jednej cząsteczki są przyciągane do sąsiednich cząsteczek, do ich składnika tlenowego. To właśnie te wiązania nazywane są wiązaniami wodorowymi.
Należy o tym jednocześnie pamiętaćcząsteczki wody odpychają się nawzajem. Naukowcy zauważyli, że gdy woda jest podgrzewana, odległość między jej cząsteczkami wzrasta, a dzieje się tak z powodu sił odpychających. Okazuje się, że można powiedzieć, że wiązania wodorowe, zajmujące jedną odległość między cząsteczkami w stanie zimnym, rozciągają się i mają większy zapas energii. To właśnie ten magazyn energii jest uwalniany, gdy cząsteczki wody zaczynają się do siebie zbliżać, to znaczy następuje chłodzenie. Okazuje się, że większa podaż energii w ciepłej wodzie i jej większe uwalnianie po schłodzeniu do temperatur ujemnych następuje szybciej niż w wodzie zimnej, która takiej energii ma mniej. Więc która woda zamarza szybciej - zimna czy gorąca? Na ulicy iw laboratorium powinien wystąpić paradoks Mpemby, a gorąca woda powinna szybciej zamieniać się w lód.
Ale pytanie jest nadal otwarte
Jest tylko teoretyczne potwierdzeniepodanej wskazówki - wszystko to jest zapisane pięknymi formułami i wydaje się prawdopodobne. Ale kiedy dane eksperymentalne, które wody zamarzają szybciej - gorąca lub zimna, zostaną przedstawione w sensie praktycznym i zostaną przedstawione ich wyniki, to kwestię paradoksu Mpemby można uznać za zamkniętą.
